DE69805353T2 - Kurbelgehäuseentlüftungssystem - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft im wesentlichen Verbesserungen bei einem Innenverbrennungsmotor mit einem Turbolader und im besonderen Verbesserungen beim Regulieren von durchblasenden Gasen in einem geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystem. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf einen Innenverbrennungsmotor mit Verdichter oder Turbolader.
• Die EPA (Environmental Protection Agency) und CARB (Californian Air Resources Board) regulieren die Emissionen von Innenverbrennungsmotoren. Ursprünglich war die Mehrheit dieser Regulierungen bzw. Gesetze auf Emissionen von Schornsteinen gerichtet. Jedoch bewirkten zunehmend schärfere Umweltschutzbestimmungen und ein wachsendes Bewußtsein beim Umweltschutz die Forderung nach saubererem Betrieb von kohlenwasserstoffbetriebenen Quellen, z. B. von Automobilen, Booten, Lastkraftwagen, Motorrädern und dergleichen. Es wird erwartet, daß neue Bundes- und CARB-Emissionsgesetze das Reinigen dieser ausgestoßenen Gase erforderlich machen und Gase in Kurbelgehäusen als Teil der regulierten Dieselmotoremissionen einschließen werden.
• Verbrennungsgas wird ausgeblasen aus einem Motorverbrennungsraum in ein Kurbelgehäuse durch einen Zwischenraum zwischen einem Kolben und einem Zylinder resultierend in durchblasendem Gas. Während des Motorbetriebs kriechen kleine Mengen heißer Verbrennungsgase an den Kolbenringen vorbei und durch das in dem Kurbelgehäuse umlaufende Öl, um eine unter Druck stehende Mischung von Luft, Auspuffgasen und Ölnebel zu bilden. Bei kleiner Drosselklappenöffnung oder im Teillastbereich ist bei Dieselmotoren die Menge von durchblasendem Gas nicht besorgniserregend, bei großer Drosselklappenöffnung ist jedoch die Menge an durchblasendem Gas so, daß sich in dem Kurbelgehäuse beträchtliche Drücke aufbauen können. Wenn unentlüftet gelassen, kann dieser Druck zur Durchdringung von Öldichtungen zwischen Kurbelwelle und Motorblock führen, was zu unerwünschtem Verlust von Motoröl und zu Umweltverschmutzung in Form konstanter Ölleckagen vom Fahrzeug führt. Deshalb ist eine ausreichende Entlüftung eines derartigen Gases erforderlich. Bei einigen Innenverbrennungsmotoren sind vor den Entlüftungsöffnungen Ablenkbleche vorgesehen, um etwas von dem Öl in den durchblasenden Gasen abzuscheiden. Die restlichen schädlichen Emissionen werden über ein Ansaugrohr für Kurbelgehäusebelüftung oder über ein PCV-Ventil (positives Kurbelgehäuseentlüftungsventil, "positive crankcase Ventilation valve") in die Luft geleitet, in die An saugleitung des Innenverbrennungsmotors stromaufwärts des Luftfilters rückgeführt oder in einen Öl-Luft-Separator geleitet. Während das Entlüften durch ein Ansaugrohr für Kurbelgehäusebelüftung den Druck in dem Kurbelgehäuse verringert, kann dennoch Öl aus dem Motor in die äußere Umwelt gelangen.
• Im Ergebnis wurden Durchblas Vorrichtungen, wie Schadstoffsteuerungsventile, als Standardausrüstung bei allen Automobilen vorgeschrieben. Diese Durchblasvorrichtungen erfassen Emissionen von dem Kurbelgehäuse eines Kohlenwasserstoffverbrennungsmotors und leiten diese, in einem geschlossenen System, zur Lufteinlaßvorrichtung zur Verbrennung. Die vom Kurbelgehäuse von Dieselmotoren erzeugten Emissionen sind stark mit Öl belastet und enthalten andere schwere Kohlenwasserstoffe. Folglich wurden Öl-Luft-Separatoren entwickelt, in dem Bestreben, den Betrieb solcher Motoren sauberer und effizienter zu machen. Ein Öl-Luft-Separator enthält einen Filter und kann entweder in den Ventildeckel integriert oder als individuelle Komponente eingebaut werden. Die Dichte des verwendeten Filters wird durch die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Verdichtereinlaß oder der Atmosphäre bei einem offenen System bestimmt. Am Verdichtereinlaß entsteht ein partielles Vakuum. Je größer das verfügbare partielle Vakuum ist, desto dichter kann der Filter sein und desto "sauberer" das Emissionsgas. Die Öl-Luft-Separatoren filtern einen großen Teil des in dem durchblasenden Gas enthaltenen Öls heraus, bevor das Gas ins Freie gelangt oder in den Motor zurückgerührt wird. Solche Vorrichtungen funktionieren auch als Luftfilter in einem Luftzuführungskanal zu einem Motor, trennen Öl und andere Kohlenwasserstoffe, die von einer verschmutzten Motoratmosphäre abgegeben werden, ab und regulieren den Druck innerhalb des Motorkurbelgehäuses.
• Wenn die augenblicklich am Markt erhältlichen Öl-Luft-Separatoren verwendet werden, bricht immer noch eine beträchtliche Menge Öl durch. Keiner dieser Separatoren hat deshalb eine voll befriedigende Lösung der vorstehend erwähnten Probleme geboten. Die US-A-5,140,957 und die US-A-5,479,907 offenbaren Kurbelgehäuseentlüftungssysteme, die die Druckdifferenz zwischen Kurbelgehäuse und Turboladereinlaß nutzen, um Luft durch eine Separatoreinrichtung zu drücken. Diese Systeme verwenden jedoch konventionelle Filter aus dem Kraftfahrzeugsektor, wie Filter aus Polyesterfaser, die nicht zu 100 Prozent wirksam sind. Diese Systeme offenbaren auch kein Bypass- und Steuerungsventil, um mit den unterschiedlichen Druckniveaus in dem Kurbelgehäuse umgehen zu können. Ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem mit einem Bypassventil und einem Steuerungsventil ist in der US-A- 4,329,966 gezeigt. Jedoch tritt der Bypass nur dann in Funktion, wenn das Vakuum einen festgelegten Wert übersteigt.
• Die Luftfilter, die in den Luft-Öl-Separatoren des Standes der Technik eingesetzt werden, bestehen im wesentlichen aus Drahtgeflecht, Stahlwolle oder Schaum. Diese Filter sind im wesentlichen weniger als 70 Prozent wirksam und werden mit dem Druck im Kurbelgehäuse betrieben. Üblicherweise ist die Luft-Öl- Separatorvorrichtung über eine Strömungsleitung mit dem Einlaßtrakt des Turboladers verbunden.
• Die DE 25 32 131 A1, welche den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung darstellt, offenbart einen Innnenverbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem, bei dem die Strömungsleitung das Kurbelgehäuse mit einer Einlaßabdeckung verbindet, die den Verdichter eines Turboladers abdeckt. Ein Nachteil dieses bekannten Kurbelgehäuseentlüftungssystems besteht darin, daß der Verdichter und der damit verbundene Einlaß des zugeordneten Motors durch Öldunst und dergleichen verschmutzt werden kann. Ferner ist das vom Turbolader erzeugte Vakuum nicht optimiert, um die Verwendung eines hochwirksamen Filters, wie eines Coalescer-Filters oder dergleichen, zu erlauben.
• Die US 5,499,604 offenbart ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem. Eine Passage bzw. ein Durchlaß für durchblasendes Gas verbindet das Kurbelgehäuse mit dem Einlaß des Motors stromaufwärts eines Drosselventils. Ein Entlüftungsgehäuse mit einer Ablenkplatte ist zum Abtrennen von Öl aus dem durchblasenden Gas vorgesehen. Die Passage für das durchblasende Gas ist jedoch nicht direkt mit einem Verdichtereinlaß verbunden.
• Die DE 36 04 090 A1 offenbart ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem, bei dem durchblasendes Gas durch einen Öl-Separator und eine Pumpe stromabwärts von einem Turbolader zum Einlaß des Motors geführt wird.
• Die zunehmende Regulierung durch die Regierung und Umweltbewußtsein verlangen eine sorgfältige Behandlung von Emissionen kohlenwasserstoffverbrennender Motoren. Daher besteht Bedarf, eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, um Verunreinigungen aus Kurbelgehäuseemissionen kohlenwasserstoff betriebener Motoren in wirkungsvoller Weise abzutrennen, welche die in die Umwelt gelangenden Verunreinigungen minimiert und den Betrieb des Motors verbessert.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein System zur Kurbelgehäuseentlüftung für einen Innenverbrennungsmotor mit Turbolader und einen Innenverbrennungsmotor mit einem Verdichter oder Turbolader sowie einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem bereitzustellen, wobei das Kurbelgehäuseentlüftungssystem den Einsatz hochwirksamer Filter erlaubt, um die Verunreinigungen in durchblasenden Gasen zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren.
• Die obige Aufgabe wird durch ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1 bzw. durch einen Innenverbrennungsmotor nach Anspruch 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Folglich wird ein praktisches und wirtschaftliches Entlüftungssystem bereitgestellt, das in der Lage ist, im wesentlichen alle in den Gasen mitgeführten Öltröpfchen abzutrennen, die aus einem Motorkurbelgehäuse ausgestoßen werden, und das das abgetrennte Öl wirkungsvoll in die Ölversorgung des Motors zurückführt, wobei vorzugsweise das Kurbelgehäuseentlüftungssystem an eine Vielzahl von Innenverbrennungsmotoren mit Turbolader angepaßt werden kann.
• Diese Erfindung nutzt den reduzierten Druck, der innerhalb des Turboladers selbst erzeugt wird, um einen hochwirksamen Filter oder eine Abtrenn- bzw. Abscheideeinrichtung zu betreiben. Das gereinigte Gas kann dann den Verdichter und den Nachkühler passieren, ohne die Strömungspassagen zu verschmutzen. Im besonderen schließt die vorliegende Erfindung die Nutzung des sehr geringen Drucks im Bereich des Verdichtereinlasses ein, um einen Coalescer-Filter zu betreiben.
• Die vorliegende Erfindung stellt ein geschlossenes Kurbelgehäuseentlüftungssystem für einen Innenverbrennungsmotor mit Turbolader bereit. Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem nutzt den Druckunterschied zwischen dem Einlaß des Turboladers und dem Kurbelgehäuse, um durchblasende Gase durch eine Abscheideeinrichtung zu drücken, die aus einem Coalescer-Filter, einem Staubgehaltsprüfer oder -filter bzw. einem "impactor" oder einer ähnlichen Einrichtung besteht. Der Bereich sehr niedrigen Drucks, der das System antreibt, befindet sich entlang der Abdeckung des Verdichterschaufelrades des Turboladers. Die Differenz zwischen dem Druck am Verdichtereinlaß und in dem Kurbelgehäuse erzeugt ein partielles Vakuum, das Gas aus dem Kurbelgehäuse in das Entlüftungssystem saugt. Eine Vakuumbegrenzungseinrichtung begrenzt das maximale Vakuum in dem Kurbelgehäuse. Ein Bypass- und Steuerventil umgeht die Abscheideeinrichtung, wenn der Motorluftstrom zu gering ist, um eine geeignete Druckdifferenz zum Betrieb des hochwirksamen Filters zu erzeugen. Ein sekundärer Drahtgeflechtfilter oder etwas ähnliches sieht eine Filtration des durchblasenden Gases während des Bypassbetriebs vor.
• Noch spezieller wird ein System zum Entlüften von Kurbelgehäusegasen aus einem Kurbelgehäuse eines Innenverbrennungsmotors bereitgestellt, welches eine Strömungsleitung umfaßt, die das Kurbelgehäuse mit einem Turbolader des Motors verbindet, ein luftstrombetriebenes Abscheide- bzw. Trennungsmittel für luftverunreinigende Mischungen, welches in der Strömungsleitung angebracht ist, zum Abtrennen von luftverunreinigenden Mischungen aus Kurbelgehäusegasen, ein erstes Verbindungsmittel zum Verbinden eines ersten Endes der genannten Strömungsleitung mit dem Kurbelgehäuse und ein zweites Verbindungsmittel zum Verbinden eines zweiten Endes der Strömungsleitung mit einem festgelegten Punkt an dem Turbolader, wobei dieser festgelegte Punkt an dem Turbolader ein Punkt ist, an dem ein Vakuum vorliegt, das ausreicht, um das luftstrombetriebene Abscheidemittel für luftverunreinigende Mischungen zu betreiben. Zusätzlich kann eine Bypasspassage vorgesehen werden, um das Abscheidemittel während bestimmter Betriebszustände zu umgehen.
• Zusätzlich zu dem Vorstehenden umfaßt die vorliegende Erfindung vorzugsweise ein System zum Entlüften von Kurbelgehäusegasen aus einem Kurbelgehäuse des Motors, welches eine erste Strömungsleitung umfaßt, die das Kurbelgehäuse mit einem Turbolader des Motors verbindet, sowie einen luftstrombetriebenen Abscheider für verschmutzende Mischungen, der in der Strömungsleitung angebracht ist, um luftverunreinigende Mischungen von Kurbelgehäusegasen abzutrennen, ein erstes Verbindungsmittel zum Verbinden eines ersten Endes der Strömungsleitung mit dem Kurbelgehäuse, ein zweites Ende zum Verbinden eines zweiten Endes der Strömungsleitung mit einem festgelegten Punkt an dem Turbolader, eine zweite Strömungsleitung, die die erste Strömungsleitung mit einem Einlaßkrümmer des Motors verbindet, und eine Bypassströmungsleitung zum Umgehen des Abscheiders. In diesem Fall werden die Kurbelgehäusegase bei Vollast, bei leichter Belastung und bei Leerlaufbedingungen durch den Abscheider gerührt, und bei Teillastbedingungen durch die Bypassströmungsleitung.
• Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung und beigefügten Ansprüchen gebracht werden.
• Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detaillierter erklärt unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausrührungsformen, die in der Zeichnung dargestellt sind.
• Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht des Kurbelgehäuseentlüftungssystems für einen Turboladerinnenverbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Verdichterabdeckung eines Turboladers für einen Innenverbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung der Verdichterabdeckung entlang der Schnittlinie III-III aus Fig. 2.
• Fig. 4 zeigt graphisch den Umfang des Einlaßunterdrucks eines Einlaßabdeckungsvakuums eines Verdichters bei unterschiedlichen Motorgeschwindigkeiten bzw. -drehzahlen in einem Cummins' 94 N14 HT60-Innenverbrennungsmotor mit Turbolader, typisch für Motoren, an die die vorliegende Erfindung angepaßt werden kann.
• Fig. 5 ist eine schematische Wiedergabe eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems eines Turboladerinnenverbrennungsmotors in Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht des umrandeten Bereichs der Fig. 5.
• Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die Nachteile bekannter Kurbelgehäuseentlüftungssysteme für Turbolader-Innenverbrennungsmotoren zu überwinden und um ein System bereitzustellen, welches Verschmutzungen durchblasender Gase wesentlich verringern wird durch Einsatz eines Coalescer-Filters oder eines anderen hochwirksamen Abscheiders. Der Coalescer-Filter wird durch einen Bereich extrem niedrigen Drucks am Verdichtereinlaß betrieben. Dies System ermöglicht wirksam den Einsatz eines extrem dichten Filters und minimiert Verschmutzungen in dem durchblasenden Gas.
• Turboladersysteme werden bei Innenverbrennungsmotoren eingesetzt, um die Zylinder mit unter Druck stehender Einlaßluft zu versorgen zum Verbessern der Verbrennung, wodurch unerwünschte Emissionen reduziert und Leistung und Wirkungsgrad gesteigert werden. Bei Verbindungen, die so ausgebildet sind, wie in den Fig. 1-3 gezeigt, erzeugt der Ansaugluftturbolader 8 ein Vakuum zum Einziehen der Luft in das Belüftungssystem. Das Vakuum wird verursacht durch die sehr hohen Geschwindigkeiten des Luftstroms am Verdichtereinlaß. Der Grad der Druckabnahme variiert je nach Position des Strömungsleitungsanschlußpunktes längs der Abdeckung des Verdichterläufers.
• Die Fig. 2 und 3 verdeutlichen die Lage von negativen Druckbereichen. Der Stand der Technik verwendet einen Bereich 10 im größten Durchmesser des Verdichtereinlasses als den Bereich niedrigen Drucks, der zum Ansaugen von Luft durch einen Luft-Öl-Abscheider dient. Im wesentlichen ist dies der fünf- Zoll-Durchmesser von (etwa 12,7 cm im Durchmesser). Die vorliegende Erfindung jedoch konzentriert sich auf einen Verdichtereinlaßbereich 12 mit sehr viel niedrigerem Druck, der am kleinsten oder innersten Durchmesser des Verdichtereinlasses liegt, vorzugsweise der drei-Zoll-Durchmesserbereich (etwa 7,62 cm im Durchmesser). Das Vakuum, das an einem Strömungsleitungsanschlußpunkt im Verdichtereinlaßbereich 12 gebildet wird, ist extrem hoch und in Fig. 4 graphisch wiedergegeben. Die X-Achse representiert hier die Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute und die Y-Achse representiert den Unterdruck gemessen in Zoll Wasser, wobei ein Zoll Wasser 249,17 Pa entspricht. Z. B. geht das Vakuum am Verdichtereinlaßbereich 12 beziehungsweise der Unterdruck von einem Zoll Wasser (etwa 249,17 Pa) bis zu 113 Zoll Wasser (etwa 28,156 kPa) bei einem Cummins' 94N14 HT60-Turbolader, der an einem Motor angebracht ist. Diese Messungen wurden in einem Testraum gemacht und variieren in Abhängigkeit von Drehzahl, Belastung, Einlaßbegrenzung und ähnlichem. Der Druckabfall in dem Verdichtereinlaßbereich 12 erzeugt ein genügend kräftiges Vakuum, um einen Coalescer-Filters zu betreiben, der typischerweise mindestens 20 Zoll Wasser (etwa 4,98 kPa) benötigt, um effektiv zu arbeiten.
• Zum Nutzbarmachen der Unterdruckquelle wird eine Bohrung 14 durch die Aluminiumstützrippe 15 in die Verdichterabdeckung 17 zu der gewünschten Stelle gebohrt. Nochmal, diese Stelle befindet sich vorzugsweise im Bereich des drei-Zoll-Durchmessers. Ein Strömungsleitungsanschlußstück 16 wird in das äußere Ende von Bohrung 14 geschraubt. Eine Strömungsleitung 18 zu einem Luft- Öl-Abscheider kann dann an das Anschlußstück 16 angebracht werden. Der Bereich 12 erstreckt sich von der Führungsseite der Abdeckung zu den Verdichterschaufelspitzen, aber es ist vorzuziehen, die Strömungsleitung 18 so nahe wie möglich bei der Spitze der Verdichterschaufeln (nicht dargestellt) des Verdichterläufers 40 anzubringen, da die Schaufeln den zur Verfügung stehenden Strömungsbereich reduzieren und die Strömung dadurch beschleunigen.
• Bezugnehmend auf Fig. 1 wird beim Betrieb des Kurbelgehäuseentlüftungssystems durchblasendes Gas aus der Kurbelgehäuseentlüftungsöffnung (nicht dargestellt) und durch die Ablenkbleche (nicht dargestellt) gesaugt. Das Öl in der verschmutzten Luft trifft auf die innere Oberfläche des Gehäuses oder auf die äußere Oberfläche der Ablenkbleche, kondensiert dort oder wird dort absorbiert. Das Gas wird dann in die Strömungsleitung 18a emittiert und strömt in das Vakuumbegrenzungsventil 22.
• Das Vakuumbegrenzungsventil 22 begrenzt das in dem Kurbelgehäuse beibehaltene maximale Vakuum, vorzugsweise bis zu einem Bereich von plus oder minus zwei Zoll Wasser (etwa 498,3 Pa). Wenn in der vorliegenden vorzuziehenden Ausführungsform das in der Strömungsleitung 18a entstandene Vakuum ein festgelegtes Vakuumniveau übersteigt, wie unter minus zwei Zoll Wasser (498,3 Pa), wird Außenluft über das Luftrohr 19 in die Strömungsleitung 18a eingesaugt. Dies verhindert die Bildung eines übermäßigen Kurbelgehäusevakuums, welches die Olwanne beschädigen oder Leckagen an Öldichtungen verursachen könnte.
• Von dem Vakuumbegrenzungsventil 22 bewegt sich das durchblasende Gas durch die Strömungsleitung 18b in das Bypass- und Steuerungsventil 24 und kann dann in eine Abscheideeinrichtung 25 gelangen. Die Abscheideeinrichtung 25 ist ein hocheinschränkender bzw. hochrückhaitender Abscheider, wie ein Aktivkohle- bzw. Coalescer-Filter, ein Staubgehaltsprüfer bzw. -abscheider (impactor) oder eine ähnliche Vorrichtung. Ein Coalescer-Filter erreicht beim Abfiltern von Verschmutzungen aus dem Gas 100 Prozent Wirksamkeit. Ein hoher Coalescerfilter-Differentialdruck von 20 Zoll Wasser (etwa 4,98 kPa) oder mehr drückt das durchblasende Gas durch den Filter. Da der an der Abscheideeinrichtung 25 angebrachte Coalescer-Filter nicht bei niedrigem Druckdifferential arbeitet, muß ein alternatives Mittel zum Filtern vorgesehen werden, wenn der Motor im Leerlauf oder bei niedrigen Belastungsniveaus arbeitet. Bei Betriebszuständen mit niedrigem Vakuum tritt das Bypass- und Steuerungsventil 24 in Funktion, um den Gasstrom in die Strömungsleitung 18c zu lenken. Die Strömungsleitung 18c lenkt das Gas durch einen Sekundärfilter 26. Der Sekundärfilter 26 kann ein herkömmlicher Drahtmaschen-, Stahlwolle-, Plastikschaum- oder Glasfaserfilter sein. Nachdem das Gas durch den Sekundärfilter 26 gelangt ist, der zum Betrieb nur ein geringes Druckdifferential benötigt und reduzierte Wirksamkeitsniveaus hat, gelangt es zurück in die Strömungsleitung 18d und strömt durch die Strömungsleitung 18 g in den Verdichtereinlaß bei dem Verdichtereinlaßbereich 12.
• Wenn das durch den Verdichtereinlaß aufrechterhaltene Vakuum mindestens ein Vakuum von etwa 20 Zoll Wasser (etwa 4,98 kPa) ist, strömt das Gas durch die Strömungsleitung 18e in die Abscheideeinrichtung 25. Bei der Abscheideeinrichtung 25 geht das Gas durch den Coalescer-Filter. Die sehr hohe Wirksamkeit des Filters ermöglicht es, die Verschmutzungen in der Abscheideeinrichtung 25 anzureichern und dann durch die Strömungsleitung 28 abzuleiten. Das zusammengeflossene Öl in der Ableitung 28 geht durch ein Absperrventil 30 und wird dann zum Sumpf (nicht dargestellt) geleitet. Das Absperrventil 30 stellt sicher, daß die verschmutzte Mischung in einer Richtung zum Sumpf strömt. Nach Durchströmen der Abscheideeinrichtung 25 gelangt die gereinigte Luft in den Verdichtereinlaß des Turboladers.
• Fig. 5 veranschaulicht ein geschlossenes Kurbelgehäuseentlüftungssystem für einen Turbolader und einen gedrosselten Motor unter Verwendung eines viel zurückhaltenden Filters. Wie in dem vorstehend beschriebenen geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystem ist das in Fig. 5 veranschaulichte System mit einem Innenverbrennungsmotor kombiniert und vorzugsweise mit einem erdgasbetriebenem Innenverbrennungsmotor 200. Dieser Motor ist vom herkömmli chen Typ und umfaßt einen Zylinderkopf 202, einen Kurbelgehäuseteil 204 und einen Ölsumpf 206. Ein Coalescer-Filter 208 oder ein anderer viel zurückhaltender Abscheider ist mit dem Kurbelgehäuse 204 des Innenverbrennungsmotors 200 durch Passage 210 verbunden. Viele Systeme, die den Coalescer-Filter 208 verwenden, sind durch den hohen Druckabfall benachteiligt, der quer durch einen solchen Filter auftritt, ungeachtet der Strömung jedoch zeigt ein solcher Filter erwiesenermaßen bei der Ölabscheidung den größten Wirkungsgrad. Folglich ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, Systeme bereitzustellen, in denen ein solcher Coalescer-Filter eingesetzt werden kann, während die Nachteile des hohen Druckabfalls quer durch den Filter minimiert werden. Die Passage 210 ist mit dem Filterkopf 212 verbunden, der auch mit Passage 214 verbunden ist, die aus dem Filterkopf 212 heraustritt. Auf bekannte Weise leitet der Coalescer-Filter 208 das von den Kurbelgehäusegasen abgetrennte Öl über den Weg von Passage 216 mit dem Ölstrom zurück in den Sumpf 206 durch Passage 216 hindurch, die durch das Rückschlagventil 218 überwacht wird. Aus dem Filterkopf 212 tritt auch die Bypasspassage 220 aus, deren Bedeutung nachfolgend detaillierter erklärt wird.
• In dem Filterkopf 212 befindet sich ein Ventil zur Steuerung des Kurbelgehäusevakuums sowie ein Filterbypass, um den Coalescer-Filter 208 bei Niedrigvakuumbedingungen zu umgehen. Das Steuerungsventil 222 steuert den Strom von Kurbelgehäusegasen entweder zu der Bypasspassage 220 bei Niedrigvakuumbedingungen oder durch den Coalescer-Filter 208 bei Hochvakuumbedingungen. Das Steuerungsventil kann leicht und in bekannter Weise durch Impulse von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert werden, die Signale von verschiedenen Punkten entlang des Durchflußweges zur Bestimmung der Vakuumbedingungen empfängt. Die Passage 214 ist auf eine bestimmte Weise durch die Passage 224 mit einem Einlaßkrümmer 226 verbunden. Die Passage 224 umfaßt ein Rückschlagventil 228, um eine Strömung in einer Richtung durch eine Passage 224 zu ermöglichen. Ähnlich wie in der vorherigen Ausführungsform ist der Coalescer-Filter 208 ebenfalls über die Passagen 214 und 230 mit der Niederdruckseite 232 eines Turboladers 234 verbunden. Diese Verbindung wird in der Weise ausgeführt, wie vorstehend in Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 beschrieben. Wie allgemein bekannt ist, saugt der Turbolader Luft durch den Luftfilter 236 und in den Turbolader, in dem die Luft verdichtet und dann durch eine Passage 240 in einen Nachkühler 238 geleitet wird. So wie in der vorherigen Ausführungsform saugt die Verbindung 232 ein Vakuum durch Passage 230 und 214 und wird bei Hochvakuumbedingungen eingesetzt. Wie bei der Passage 224 umfaßt die Passage 230 ein Einwegrückschlagventil 242, um die Strömung in einer Richtung von dem Coalescer-Filter 208 hin zu dem Turbolader 234 zu ermöglichen. Es sei angemerkt, daß die Rückschlagventile 228 und 242 in einer einfachen Form dargestellt sind, daß jedoch diese Ventile in jeder denkbaren Konfiguration ausgeführt sein können, um die Ziele des gesamten Systems zu verwirklichen. Zusätzlich ist eine Drosselklappe 244 zwischen dem Nachkühler 238 und dem Einlaßkrümmer 226 in bekannter Weise vorgesehen.
• Bezugnehmend auf Fig. 6 wird der Coalescer-Filter 208 und die Bypassanordnung detaillierter erläutert. Wie vorstehend dargelegt wurde, ist die Passage 210 mit dem Filterkopf 212 in der Weise verbunden, daß die Kurbelgehäusegase entweder durch den Coalescer-Filter 208 oder durch die Bypasspassage 220 strömen und den Filter über die Passage 214 verlassen. In dem Kopf 212 ist ein Vakuumbegrenzungsventil 260 angebracht, das, wenn es verstellt wird, den Kurbelgehäusegasen ermöglicht, in den Filter 208 durch das Filtermaterial zu gelangen, wo Öl von den Kurbelgehäusegasen getrennt wird und durch Passage 214 herausströmt. Wenn der Coalescer-Filter 208 verstopft wird, wird das Vakuumbegrenzungsventil 260 schließen, somit das Bypassventil 262 öffnen und dadurch die Kurbelgehäusegase durch die Bypasspassage 220 und letztlich durch die Passage 214 leiten. Zusätzlich ist in der Bypassströmungspassage 220 ein grober Bypassfilter 264 angeordnet, der in gewissem Umfang die Kurbelgehäusegase filtert. Sobald die Kurbelgehäusegase die Coalescer-Filteranordnung über die Passage 214 verlassen, werden die Kurbelgehäusegase in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors entweder zu dem Turbolader 234 oder zu dem Einlaßkrümmer 226 geleitet.
• Die Funktion des vorstehend erwähnten Systems wird jetzt detaillierter beschrieben.
• Nochmal, in Bezugnahme auf Fig. 5, wenn der Motor gedrosselt ist, was typisch für Erdgasmotoren ist, liegt bei hoher Belastung ein genügend hohes Turbovakuum vor, um Kurbelgehäusegase über die Passage 210 und den Verbindungsweg 232 durch den Coalescer-Filter 208 zu leiten. Zusätzlich tritt auch ein positiv verstärkender Druck des Einlaßkrümmers auf, so daß das Rückschlagventil 228 geschlossen wird, während das Rückschlagventil 242 offen ist und dadurch die Strömung durch den Turbolader 234 leitet. Unter diesen Umständen leitet das Bypassventil 222 die Strömung durch den Coalescer-Filter 208, so daß Ölabscheidung auftritt. Bei geringen Belastungen oder bei Leerlauf liegt ein hohes Vakuum im Einlaßkrümmer vor, während indessen das Vakuum an der Niederdruckseite des Verdichters niedrig ist. Folglich wird das Rückschlagventil 242 schließen, während das Rückschlagventil 228 öffnet und dadurch den Gasstrom in den Einlaßkrümmer leitet. Unter solchen Umständen wird das Bypassventil 228 weiterhin Kurbelgehäusegas durch den Coalescer-Filter 208 leiten.
• Wenn jedoch unter Teillastbedingungen im Einlaßkrümmer positiver Druck herrscht und dadurch das Rückschlagventil 228 schließt, aber der Turbolader kein genügend starkes Vakuum erzeugt, um die Kurbelgehäusegase durch den Coalescer-Filter 208 zu saugen, dann wird das Bypassventil 222 so gesteuert, daß die Kurbelgehäusegase durch die Bypasspassage 220 über die Passage 230 und durch Rückschlagventil 242 weiter zu dem Turbolader 234 geleitet werden. Folglich ist lediglich bei Teillastbedingungen, bei denen der Einlaßkrümmerdruck hoch ist und das vom Turbolader 234 produzierte Vakuum nicht ausreicht, um die Kurbelgehäusegase durch den Coalescer-Filter zu saugen, der Coalescer- Filter 208 nicht in Verwendung. Die besonderen Details des Coalescer-Filters und der Bypasspassage sind in Fig. 6 dargestellt. Andererseits werden bei Vollastbedingungen, bei Kleinlastbedingungen und bei Leerlaufbedingungen die Kurbelgehäusegase durch den Coalescer-Filter 208 mittels des hohen Vakuums, welches im Einlaßkrümmer 226 herrscht (bei Kleinlast- und Leerlaufbedingungen) oder durch das ausreichende Vakuum gesaugt, welches auf der Nieder(druck)seite des Turboladers 234 erzeugt wird (bei Vollastbedingungen). Mit einfachen Worten, die Kurbelgehäusegase werden zu der Quelle des größten Vakuums geleitet. Folglich ist ein praktisches und wirtschaftliches Entlüftungssystem in der Lage, alle mitgerissenen Öltröpfchen in beträchtlichem Umfang abzutrennen und das Gas wird aus dem Kurbelgehäuse des Motors abgeleitet. Ferner kann ein derartiges Kurbelgehäuseentlüftungssystem auf einfache Weise an eine Vielzahl von Innenverbrennungsmotoren mit Turbolader angepaßt werden.
• Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem der vorliegenden Erfindung mit seinem Hochvakuumpotential und Coalescer-Filter wird seine Hauptanwendung bei einem Innenverbrennungsmotor mit Turbolader finden, wo eine wirksame Filterung durchblasender Gase notwendig ist.
• Die vorstehende Ausführungsform bezieht sich auf einen Innenverbrennungsmotor umfassend einen Turbolader. Selbstverständlich kann die vorliegende Er findung in Verbindung mit jeder Art von aufgeladenem Innenverbrennungsmotor genutzt werden.

Claims (12)

1. Kurbelgehäuseentlüftungssystem für einen aufgeladenen Innenverbrennungsmotor (200), wobei das System aufweist:

eine erste Strömungsleitung (18; 210, 214, 230), die das Kurbelgehäuse mit einem Verdichter, vorzugsweise eines Turboladers (8; 234), des Motors (200) verbindet;

ein erstes Verbindungsmittel, um ein erstes Ende der ersten Strömungsleitung (18; 210,214, 230) mit dem Kurbelgehäuse (204) zu verbinden; und

ein zweites Verbindungsmittel, um ein zweites Ende der ersten Strömungsleitung (18; 210; 214; 230) mit dem Verdichter zu verbinden, wobei die erste Strömungsleimng (18; 210,214, 230) mit einer Einlaßabdeckung (17) in Verbindung steht, die den Verdichter in einem Bereich (12) abdeckt, in dem ein vorbestimmtes Vakuumniveau von einem Verdichtereinlaß abgezogen bzw. abgesaugt werden kann;

dadurch gekennzeichnet,

daß das System Ferner ein luftstrombetriebenes, luftverunreinigende Mischungen abtrennendes Mittel (25; 208) aufweist, das in der ersten Strömungsleitung (18; 210, 214, 230) angeordnet ist, um luftverunreinigende Mischungen bzw. Stoffe von Kurbelgehäusegasen abzutrennen; und

daß sich der Bereich (12) reduzierten Drucks entlang des innersten Durchmessers der Verdichtereinlaßabdeckung (17) radial innerhalb einer größeren Einlaßmuffe (10) der Verdichtereinlaßabdeckung (17) befindet, so daß das Vakuum ausreicht, das luftstrombetriebene, luftverunreinigende Mischungen abtrennende Mittel (25; 208) zumindest bei bestimmten Betriebsbedingungen zu betreiben.

2. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußstück (16) die Strömungsleimng (18; 230) mit dem Bereich (12) reduzierten Drucks an der Verdichtereinlaßabdeckung (17) verbindet und/oder daß das Anschlußstück (16) in Stützrippen (15) geschraubt ist, die den innersten Durchmesser der Verdichtereinlaßabdeckung (17) mit dem äußeren Durchmesser des Verdichtereinlasses verbinden.

3. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System Ferner ein Vakuumbegrenzungsmittel (22) umfaßt, das in der ersten Strömungsleitung (18; 210; 214; 230) angebracht ist, um das maximale Vakuum in dem Kurbelgehäuse zu begrenzen.

4. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumbegrenzungsmittel (22) das maximal in dem Kurbelgehäuse aufrechterhaltene Vakuum auf etwa 500 Pa unter Umgebungsdruck begrenzt.

5. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System Ferner ein Bypassmittel (24; 222) in der ersten Strömungsleitung (18; 210; 214; 230) aufweist, um einen Luftstrom durch das luftverunreinigende Mischungen abtrennende Mittel (25; 208) zu leiten, sowie eine zweite Strömungsleitung (18c; 18d; 220), die das Bypassmittel mit einem Punkt der ersten Strömungsleitung (18; 210; 214; 230) stromabwärts des luftverunreinigende Mischungen abtrennenden Mittels (25; 208) verbindet, wobei vorzugsweise das luftverunreinigende Mischungen abtrennende Mittel (25; 208) mindestens einen hochgradig einengenden bzw. zurückhaltenden Abscheider umfaßt, und/oder wobei die Kurbelgehäusegase bei Vollastbedingungen durch das luftverunreinigende Mischungen abtrennende Mittel (25; 208) und bei Leicht-Mittellastbedingungen durch die zweite Strömungsleitung (24; 222) geleitet werden.

6. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das System so konstruiert ist, daß das Bypassmittel durchblasende Gase durch einen zweiten Filter (26; 264) leitet, der in der zweiten Strömungsleitung (18c; 18d; 220) angebracht ist, wenn ein Vakuum in dem Verdichtereinlaß und/oder ein anderes Vakuum, insbesondere in einem Einlaßkrümmer (226) des Motors (200), kleiner als das ist, welches notwendig ist, um den hochgradig einengenden bzw. zurückhaltenden Abscheider zu betreiben, und das Bypassmittel (24; 222) durchblasendes Gas zu dem luftverunreinigende Mischungen abtrennenden Mittel (25; 208) leitet, wenn das Vakuum in dem Verdichtereinlaß und/oder ein anderes Vakuum, insbesondere in einem Einlaßkrümmer (226) des Motors (300), grö ßer als das ist, welches zum Betrieb des hochgradig einengenden bzw. zurückhaltenden Abscheiders notwendig ist.

7. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filter (26; 264) ein wenig zurückhaltendes Filtermedium aufweist, vorzugsweise wobei das wenig zurückhaltende Filtermedium mindestens eines von Drahtgeflecht, Stahlwolle, Kunststoffschaum oder Glasfaser umfaßt.

8. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das System Ferner ein erstes Ventilmittel in der ersten Strömungsleitung (18; 210; 214; 230) aufweist, um Kurbelgehäusegase durch eines der luftverunreinigende Mischungen abtrennenden Mittel (25; 208) und die zweite Strömungsleitung (18c; 18d; 220) zu leiten, wobei das System vorzugsweise Ferner ein Steuerungsmittel aufweist, um das erste Ventilmittel zu steuern, um Kurbelgehäusegase durch eines der luftverunreinigende Mischungen abtrennenden Mittel (25; 208) und die zweite Strömungsleitung (18c; 18d; 220) zu leiten.

9. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System Ferner ein Ableitungsmittel (28; 216) aufweist, das mit dem luftverunreinigende Mischungen abtrennenden Mittel (25; 208) in Verbindung steht, um die luftverunreinigenden Mischungen bzw. Stoffe abzuleiten, wobei das Ableitungsmittel (28; 216) vorzugsweise eine Ableitung mit einem Rückschlagventil (30; 218) umfaßt, welches darin so angeordnet ist, daß verschmutzende Mischungen nur in einer Richtung weg von dem luftverunreinigende Mischungen abtrennenden Mittel (25; 208) durch das Ableitungsmittel (28; 216) strömen.

10. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System Ferner eine dritte Strömungsleitung (224) umfaßt, die die erste Strömungsleitung (214) mit einem Einlaßkrümmer (226) des Motors (200) verbindet.

11. Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das System Ferner ein zweites Ventilmittel (242) in der ersten Strömungsleitung (214; 230) sowie ein drittes Ventilmittel (228) in der dritten Strömungsleitung (224) aufweist, um die Strömung der Kurbelgehäusegase durch eine der ersten und dritten Strömungsleitungen (214; 230; 224) zu leiten, wobei vorzugsweise das zweite und dritte Ventilmittel (242; 228) zusammenwirken, um die Kurbelgehäusegase durch die Strömungsleitung (214; 230; 224) zu leiten, die mit der größten Vakuumquelle verbunden ist.

12. Innenverbrennungsmotor (200) mit einem Verdichter oder Turbolader (8; 234) und mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche.